Zahlreiche innovative Konzepte bieten Kraftstoff-Einsparpotentiale
Elektronik senkt Kraftstoffverbrauch
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Elektronik senkt Kraftstoffverbrauch
Diese Fahrer profitieren aber in jedem Fall von der ebenfalls neu eingeführten Bremsenergie-Rückgewinnung, durch die die Stromerzeugung vornehmlich in den Schub- und Bremsphasen des Fahrzeugs erfolgt. In Kombination mit einer gezielten Ladezustandsregelung der Fahrzeugbatterie ist somit die Rückgewinnung eines Teiles der Schub-/Bremsenergie möglich. Voraussetzung für diese BER-Funktion ist eine Überarbeitung der Batterieladestrategie. Die Batterie wird nur noch teilgeladen; jedes Aufladen der Batterie über diesen Wert hinaus erfolgt nur noch in den energetisch günstigen Fahrphasen, während derer kein Kraftstoff verbraucht wird, also im Schubbetrieb oder beim Bremsen.
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Im Rahmen des elektrischen Energiemanagements und speziell des Rekuperationsbetriebs ist es zwingend notwendig, jederzeit exakte Informationen über den Lade- und Verschleißzustand der Batterie zur Verfügung zu haben. Dazu ist die Erfassung der Batterielade- und -entladeströme, der Batteriepolspannung und der Säuretemperatur erforderlich. In ihrer neuen Rolle als Rekuperationsspeicher wird die Batterie zusätzlichen Belastungen ausgesetzt. Hieraus können sich erhöhte Sulfatisierungen, Säureschichtungen und Wasserverluste ergeben. Daher setzt die BMW Group mit Einführung der BER statt herkömmlicher Bleisäure-Batterien die höherwertigen AGM-Batterien ein (Absorbant Glass Matt).
Die beiden dargestellten Funktionen – Auto-Start-Stopp und Bremsenergie-Rückgewinnung – bieten ein erhebliches Einsparungspotential. Im KV01 können in Summe je nach Fahrzeug-Motorkombination etwa 5 – 6 % angesetzt werden. Im Praxisverbrauch stellen sich die Potentiale je nach Fahrprofil ein. So wird ein Fahrer im urbanen Umfeld vorwiegend von der ASSFunktion profitieren. Hierbei sind Einsparungen aufgrund Motor-Start-Stopp von bis zu 5 % möglich. Ein dynamischer Überlandfahrer wird hingegen vor allem durch die Bremsenergie-Rückgewinnung profitieren. Auch hier sind Einsparungen in der Größenordnung von 4 % möglich. Selbstverständlich dürfen die beschriebenen Grenzpotentiale nicht addiert werden.
Es gibt diverse Ansätze, das heutige Bordnetzkonzept zu verändern, um das Gewicht gegenüber einem heute üblichen Blei-Säure-Batteriekonzept zu reduzieren, das Kaltstartverhalten und die Stillstandszeit zu verbessern sowie die Bordnetzstabilität und die Zuverlässigkeit zu erhöhen. Die Siemens VDO Automotive AG, Regensburg, sieht folgende mögliche Entwicklungsschritte:
Das heutige 12-VKfz-Bordnetz ist dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Energielieferanten/ Verbraucher eine gemeinsame Spannungslage von nominal 12 V haben und der Energieaustausch über eine gemeinsame Leitungsebene erfolgt. Solange der Verbrennungsmotor läuft und den Generator antreibt, deckt er den Gesamtbedarf an elektrischer Energie. Die Batterie übernimmt zusätzliche Bedarfsspitzen und wirkt damit als Puffer. Solange der Generator den Energieverbrauch decken kann, ist das System stabil. Bei Fahrzeugstillstand ist dann die Batterie für die Netzversorgung zuständig (Bild 3).
In einem ersten Weiterentwicklungs-Schritt wird die Starterversorgung von der Bleisäurebatterie entkoppelt. Ein Doppelschichtkondensatorstapel versorgt den Starter, wobei die Nachladung mittels eines elektronischen DC/DC-Spannungswandlers aus dem Bordnetz erfolgt. Die Bordnetzspeisung erfolgt, wie bisher, bei Fahrt aus dem Generator und bei Fahrzeugstillstand aus der Bleisäurebatterie (Bild 4).
In einem weiteren Entwicklungsschritt wird die Bleisäurebatterie durch eine Li-Polymer-Batterie ersetzt. Da die Stabilität der Generatorspannung nicht den Anforderungen einer solchen Batterie entspricht, wird sie durch einen weiteren Spannungswandler DC/DC 2 (Bild 5) vom Generator/ Bordnetz entkoppelt. Der Spannungswandler DC/DC 1 entspricht hier dem DC/DC-Spannungswandler von Bild 4. Ein zusätzlicher Kondensator (Elko) übernimmt teilweise die Bordnetzfilterung.
Wird dieses Konzept darüber hinaus noch mit einem Energiemanagement kombiniert, das sämtliche Überwachungs- und Steuerfunktionen übernimmt, so kann die Haltbarkeit der Batterie der Fahrzeuglebensdauer entsprechen. Die Batterie wäre somit kein Verschleißteil mehr.
Interessante Konzepte zur Kraftstoffeinsparung sind auch die Auto-Start-Stopp-Funktion (ASSF) und die Bremsenergie-Rückgewinnung (BER), gezeigt von der BMW Group. Um die ASSF, so der Hersteller, erfolgreich einführen zu können, ist eine breite Kundenakzeptanz erforderlich. Hierbei haben die Kriterien einfache Handhabung, Nachvollziehbarkeit, Startzeit und Startkomfort höchste Priorität.
So wird ASSF für den Fahrer erst bemerkbar, wenn er z.B an einer roten Ampel bremst, bis das Fahrzeug steht, den Gang herausnimmt und auskuppelt. Dann wird – wenn alle notwendigen Voraussetzungen erfüllt sind – ASSF den Motor und somit den Kraftstoffverbrauch automatisch stoppen. Es erscheint das Symbol „Start/Stopp“ im Instrumenten-Kombi. Alle elektrischen Verbraucher beziehen ihre Leistung jetzt aus der Batterie. Betätigt der Fahrer nun die Kupplung, so wird der Motor automatisch gestartet, und nach Einlegen des Ganges kann der Fahrer seine Fahrt fortsetzen. Zu jedem Start eines Fahrzyklus ist ASSF automatisch aktiviert. Möchte der Fahrer ASSF manuell deaktivieren, so erfolgt dies über die ASSF-Taste an der Bedienkonsole. Die zugehörige LED zeigt an, dass die ASSF für den laufenden Fahrzyklus deaktiviert ist.
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- Variable elektromotorische Ventiltriebe
